重庆交通大学《GIS原理及应用》课程设计报告书
专业：测绘工程
设计课程名称：《地理信息系统原理及应用》
题目：基于ArcGIS缓冲区分析、叠加分析及应用班级：2010级01班
设计者：学号：
指导教师：
完成时间：2013年6月16日至2013年6月27日
课程GIS原理及应用班级测绘1班指导教师题目GIS缓冲区分析及应用同组人数1-7人
课程设计要求1、了解GIS缓冲区分析的基本原理及算法。
2、了解GIS缓冲区分析的相关应用。
3、相关实例解决——休闲农业区建立和市区住房分析问题。
4、分析问题——怎样利用GIS缓冲区建立来解决该实际问题。
5、解决问题——基于ArcGIS软件缓冲区分析、叠加功能解决该问题。
(1) 数据矢量、栅格之间的转换；
(2）缓冲区建立，叠加分析；
(3) 综合分析得出成果。
6、结合成果进行相关评价。
课程设计报告书要求设计报告主要包括内容：
1、课程设计目的；
2、课程设计任务及内容；
3、课程设计使用数据说明；
4、课程设计思路及技术流程；
5、课程设计实现的详细步骤；
6、课程设计成果分析讨论及成果展示；
7、课程设计体会（包括取得的成效及主要收获、存在的主要问题及对教学工
作的建议）
8、参考文献
要求：
?学生完成课程设计后，每个同学均应提交课程设计报告及数据；
?设计报告要求文字通畅，排版规范；
?设计报告文字原则上不少于5000字，并装订成册。
上机时间安排
星期
周次
一二三四五六日第17周1-4 1-4 1-4 1-4 1-4 自定自定第18周1-4 1-4 1-4 1-4 1-4 自定自定
指导地点及考核时间1、指导地点：测量与空间信息处理实验室
2、考核时间：第18周星期五上午（答辩方式考核，学生用PPT汇报及演示）
版面要求1、题目用黑体三号，段后距18磅（或1行），居中对齐；
2、标题用黑体四号，段前、段后距6磅（或0.3行）；
3、正文用小四号宋体，行距为固定值“20”，程序代码用固定值“15”；
4、标题按“一”、“㈠”、“1”、“⑴”顺序编号。
目录
一、课程设计目的.........................................................................................................- 5 -
二、课程设计内容及任务.............................................................................................- 5 -
（一）缓冲区分析..................................................................................................- 5 - （二）叠加分析......................................................................................................- 7 - （三）主要任务......................................................................................................- 8 -
三、课程设计分析.........................................................................................................- 8 -
四、课程设计使用数据说明.........................................................................................- 9 -
五、课程设计思路及技术流程...................................................................................- 10 -
（一）设计思路....................................................................................................- 10 - （二）实例一：技术流程图................................................................................- 12 - （三）实例二：技术流程图................................................................................- 13 - 六、课程设计实现的详细步骤...................................................................................- 14 -
实例一:雅安市休闲农业区的规划设计分析......................................................- 14 - 实例二:市区择房分析..........................................................................................- 34 -
七、课程设计成果展示及成果分析讨论...................................................................- 47 -
7.1 成果展示：....................................................................................................- 47 -
7.2 成果分析........................................................................................................- 48 -
八、课程设计体会.......................................................................................................- 48 -
8.1 取得的成效及主要收获................................................................................- 48 -
8.2 存在的主要问题............................................................................................- 49 -
8.3 对教学工作的建议........................................................................................- 49 -
九、参考文献...............................................................................................................- 50 -
一、课程设计目的
GIS原理课程设计是测绘工程专业的专业课实践环节，是《地理信息系统原理及方法》课程教学的重要组成部分，是巩固和深化课堂教学内容的重要步骤，是培养学生动手能力和实践的有效手段。
通过基于ArcGIS10.0软件进行的缓冲区分析、叠加分析及应用的课程设计，掌握地理信息系统的基本原理，对于缓冲区的建立和分析在实际生活中的选址以及影响范围的确定有一定的认识，同时通过熟练对AcrMap和AcrCatalog的操作，能借助于ArcGIS软件进行基本的地理信息空间分析与操作。
二、课程设计内容及任务
（一）缓冲区分析
1、什么是缓冲区分析
缓冲区分析(Buffer)是对选中的一组或一类地图要素（点、线或面）按设定的距离条件，围绕其要素而形成一定缓冲区多边形实体，从而实现数据在二维空间得以扩展的信息分析方法。缓冲区应用的实例有如：污染源对其周围的污染量随距离而减小，确定污染的区域；为失火建筑找到距其500 米范围内所有的消防水管等。下面着重介绍缓冲区原理及其在 ArcGIS 中的实现。
2、缓冲区的基础
缓冲区是地理空间，目标的一种影响范围或服务范围在尺度上的表现。它是一种因变量，由所研究的要素的形态而发生改变。从数学的角度来看，缓冲区是给定空间对象或集合后获得的它们的领域，而邻域的大小由邻域的半径或缓冲区建立条件来决定，因此对于一个给定的对象A，它的缓冲区可以定义为：
{}r
P≤
,
(
=)
A
x
x
d
（d一般是指欧式距离，也可以是其它的距离，其中r为邻域半径或缓冲区建立的条件）
缓冲区建立的形态多种多样，这是根据缓冲区建立的条件来确定的，常用的对于点状要素有圆形，也有三角形、矩形和环形等；对于线状要素有双侧对称、双侧不对称或单侧缓冲区；对于面状要素有内侧和外侧缓冲区，虽然这些形体各异，但是可以适合不同的应用要求，建立的原理都是一样的。点状要素，线状要素和面状要素的缓冲区示意图如图1。
图1 点、线和面状要素的缓冲区
3、缓冲区的建立
从原理上来说，缓冲区的建立相当的简单，对点状要素直接以其为圆心，以要求的缓冲区距离大小为半径绘圆，所包容的区域即为所要求区域，对点状要素因为是在一维区域里所以较为简单；而线状要素和面状要素则比较复杂，它们缓冲区的建立是以线状要素或面状要素的边线为参考线，来做其平行线，并考虑其端点处建立的原则，即可建立缓冲区，但是在实际中处理起来要复杂的多。按照其建立的原理来可以介绍如下：
1. 角平分线法该算法的原理是首先对边线做其平行线，然后在线状要素的首尾点处，作其垂线并按缓冲区半径r 截出左右边线的起止点，在其它的折点处，用与该点相关联的两个相邻线段的平行线的交点来确定，如图2：
该方法的缺点是在折点处，无法保证双线的等宽性，而且当折点处的夹角越大，d 的距离就越大，故而误差就越大，所以要有相应得补充判别方案来进行校正处理。
凸角圆弧法该算法的原理是首先对边线做其平行线，然后在线状要素的首尾点处，作其垂线并按缓冲区半径r 截出左右边线的起止点，然后以r 为半径分别以首尾点为圆心，以垂线截出的起止点为圆得起点和终点作半圆弧，在其它的折点处，首先判断该点的凹凸性，在凸侧用圆弧弥合，在凹侧用与该点相关联的两个相邻线段的平行线的交点来确定。如图3：
图2 角平分线法图3 凸角圆弧法
该方法在理论上保证了等宽性，减少了异常情况发生了概率，该算法在计算机
实现自动化时非常重要的一点是对凹凸点的判断，需要利用矢量的空间直角坐标系的方法来进行判断处理。
在ArcGIS 中建立缓冲区的方法是基于生成多边形（buffer wizard）来实现的，它是根据给定的缓冲区的距离，对点状、线状和面状要素的周围形成缓冲区多边形图层，完全是基于矢量结构，从操作对象、利用矢量操作方法建立缓冲区的过程到最后缓冲区的结果全部是矢量的数据。
4、矢量数据缓冲区建立方法
1）点要素的缓冲区
点要素的缓冲区是以点要素为圆心，以缓冲区距离R为半径的圆，包括单点要素形成的缓冲区、多点要素形成的缓冲区和分级要素形成的缓冲区等。
2）线要素的缓冲区
为了加快缓冲区建立的速度，通常要在建立缓冲区之前，对线进行化简，这种对线的化简称为线的重采样。具体的算法设计可以采用线的矢量数据压缩算法。
线要素的缓冲区是以线要素为轴线，以缓冲距离R为平移量向两侧作平行曲（折）线，在轴线两端构造两个半圆弧最后形成圆头缓冲区。
3）面要素的缓冲区
面状目标的缓冲区分析，是线目标的一种首尾相接的特殊情况。只需在面目标的外侧配置缓冲区多边形即可。
5、栅格数据缓冲区建立方法
栅格数据的缓冲区分析通常称为推移或扩散，推移或扩散实际上是模拟主体对邻近对象的作用过程，物体在主体的作用下沿着一定的阻力表面移动或扩散，距离主体越远所受到的作用力越弱。
例如：可以将污染源（如化工厂，造纸厂）作为主体，而地形、障碍物和空气作为阻力表面，用推移或扩散的方法计算污染物（物体）离开工厂（主体）后在阻力表面上的移动，得到一定范围内每个栅格单元的污染强度。
栅格数据结构的点、线、面缓冲区的建立方法主要是像元加粗法，以分析目标生成像元，借助于缓冲距离R计算出像元加粗次数，然后进行像元加粗形成缓冲区。（二）叠加分析
1、什么是叠加分析
叠置分析是地理信息系统中用来提取空间隐含信息的方法之一。叠置分析是将代表不同主题的各个数据层面进行叠置产生一个新的数据层面，叠置结果综合了原来两个或多个层面要素所具有的属性。
2、叠加分析的作用
叠置分析不仅生成了新的空间关系，而且还将输入的多个数据层的属性联系起来产生了新的属性关系。叠置分析要求被叠加的要素层面必须是基于相同坐标系统的相同区域，同时还必须查验叠加层面之间的基准面是否相同。
3、叠置分析的分类
从原理上说，叠置分析是对新要素的属性按一定的数学模型进行计算分析，其中往往涉及到逻辑交、逻辑并、逻辑差等的运算。根据操作要素的不同，叠置分析可以分成点与多边形叠加、线与多边形叠加、多边形与多边形叠加；根据操作形式的不同，叠置分析可以分为图层擦除、识别叠加、焦急操作、对称区别、图层合并、修正更新和空间联合。
（三）主要任务
实例一：针对本次课程设计所选定的题目《ArcGIS缓冲区分析、叠加分析及应用》，借助于ArcGIS 10.0软件，选取热点话题旅游业的发展，对于该行业的新型发展模式休闲农业区的建立，针对雅安市的景点分布、农业分布及地理位置，通过缓冲区的建立以及叠加分析，综合人口分布等因素，最终确定出雅安市休闲农业区的建址的最佳方案。
实例二：选择另外一个热点话题，房地产方面关于市区择房的分析。这个实例主要是进行栅格数据的分析练习，所以需要在ArcGIS软件中学会怎样进行矢量到栅格的数据转换，然后根据所设定的基本的择房要求，开展栅格数据的缓冲区分析和叠加分析，最终选择适宜的区域购房。
三、课程设计分析
随着社会的发展，位址选址的重要性日益突出，如何对各类位址进行选址。怎样才能选出最佳位址仍然是大家十分关注的问题。传统选址模型是基于统计的静态模型，其选址方法一般是先建立一个模型，然后经过一系列的计算得出选址点的位置。这种选址的数学模型往往考虑的不是很全面，在本次课程设计中，将针对我国近年来发展迅猛的旅游业和房地产行业展开分析，选取新型旅游产业模式——建立休闲农业区，通过进行缓冲区分析和叠加分析，最终确定出最佳的选址方案。针对城市居民的需求，按照一定的约束条件，选取适宜地段做购房选址。
实例一：从旅游业的情况来看，作为我国的第三产业中的主流，旅游业的发展可以说近年来的势头相当足，随着经济的发展和人们生活水平的提高，越来越多的人选择在假期出行旅游。我国城市具名以城市周边为目的地的近距离旅游日益增加，特别是在近年国家出台假期期间七座以下小型客车高速免费通行的政策后，游客出游流量更为集中。休闲农业是指在农村范围内，利用农业自然环境、田园景观、